Fiberoptikk kan gjøre det tryggere å bygge på bløt leire 

Når det skal bygges vei, jernbane eller boliger på områder med bløt leire, må grunnen ofte gjøres sterkere. En vanlig metode er dypstabilisering.

Da bruker man en stor boremaskin som blander sement, kalk eller andre stoffer inn i leiren. Dette danner sterke søyler under bakken som gjør at grunnen tåler tunge bygg og anlegg.

Metoden har vært brukt i mange år, men ingeniørene har manglet gode nok data om hvordan søylene oppfører seg over tid.

Derfor har prosjektene ofte blitt bygget sikrere og større enn nødvendig.

Vi bør ikke overforbruke sement

– Vi har veldig dårlig forståelse for hvordan stabilisert grunn oppfører seg. Det handler om å forstå oppførselen til materialet. Slik kan vi optimalisere metoden og ikke overforbruke sement, som har et høyt klimaavtrykk.

Det sier Sølve Hov, geotekniker og forsker ved Norges Geotekniske Institutt (NGI).

Han har nylig avlagt doktorgrad ved NTNU om bruk av fiberoptiske sensorer for måling av deformasjoner i grunn som er stabilisert med sement.

Måler deformasjoner med laser 

Hov har brukt fiberoptiske sensorer for å hente ut måledata. 

I stedet for å basere seg på tradisjonelle punktmålinger på toppen av søylene, installeres de fiberoptiske kablene direkte i sementblandingen.

Teknologien bygger på det samme prinsippet som brukes i høyhastighetsinternett, der et lasersignal sendes gjennom en kjerne av glass.

– Vi sender et lyssignal gjennom en kjempetynn kjerne av et glassmateriale i fiberkabelen, tynnere enn et menneskehår. Akkurat som når du kikker ut gjennom et vindu og ser refleksjoner i glasset, skjer noe tilsvarende inne i kabelen, sier Hov.

Når signalet reflekteres tilbake til måleenheten, kan vi prosessere dataen for å måle tøyning, altså deformasjoner, temperatur og vibrasjoner langs hele kabelen, forklarer han.

Teknologien gir en oppløsning på millimeternivå

Den store fordelen med fiberoptikk er at teknologien gir en oppløsning på millimeternivå. 

Tradisjonelt er slike sementsøyler overvåket med instrumenter nedover i jorda som kun gir målinger for hver halve eller hele meter. Det er også vanlig å måle hvor mye selve overflaten synker. 

 – Med fiberoptikk sitter målepunktene så tett at man får data for nesten hver eneste centimeter langs kabelens fulle lengde, sier Hov.

Dette detaljnivået er viktig fordi en sementsøyle langt nede i bakken sjelden blir helt jevnt blandet.

Den fanger opp lokale svakheter

Styrken i søylen kan variere mye, selv over svært korte avstander.

Med den nye metoden kan forskerne oppdage små svake områder som vanlige undersøkelser ofte ikke klarer å fange opp. 

I et feltforsøk på Onsøy fant de for eksempel en svakhetssone som var bare 20 til 30 centimeter tykk, rundt 5,5 meter under bakken.

 – Når vi får et så nøyaktig bilde av hvordan søylene faktisk trykkes sammen og reagerer under belastning, kan de forbedre beregningsmodellene og dermed kutte ned på sementbruken betydelig i ulike prosjekter, sier han.

Forsker utviklet ny testmetode

For å kunne stole på resultatene Hov gjorde i felt, måtte samspillet mellom kabelen og jorda dokumenteres. Dette grensesnittet avgjør om målingene er reelle.

– I starten tenkte jeg at det ikke kunne være så vanskelig. Vi måler jo det vi måler. Men er vi virkelig sikre på at det er oppførselen til jorda vi måler, og ikke bare støy i kabelen? spør han.

Tidligere har man brukt såkalte uttrekkstester for å måle friksjonen mellom kabelen og jorda. Problemet er at disse testene etterligner strekk, mens kabelen i virkeligheten blir presset sammen av jorda.

I doktorgradsarbeidet ble det derfor utviklet en ny testmetode i laboratoriet. Den gjenskaper bedre hvordan jorda faktisk presser på kabelen ute i felt.

– Vi gjorde forsøk på NTNU i Trondheim, i NGIs lab i Oslo og på University of California, Berkeley. Det krevde mye samarbeid for å komme fram til at vi faktisk måler riktig, sier han.

Feltforsøk kutter utslipp 

Etter at testmetodikken var etablert, ble det gjennomført fullskala feltforsøk på Lilleby og Tiller-Flotten i Trondheim og Onsøy i Østfold. 

Målingene bekreftet at kablene ikke glir i jorda, men gir presise data om hvordan søylene deformeres over tid og hvordan de reagerer på ulik belastning. 

Sensorene fanget opp egenskaper ved deformasjoner som tidligere har vært vanskelige å tallfeste.

Når beregningsmodellene oppdateres med disse dataene, kan sementmengden reduseres.

Samtidig åpner det for trygg testing av alternative og mer miljøvennlige bindemidler.

Kablene kan omvandles til en serie av mikrofoner

– I et feltforsøk brukte vi papiraske fra Norske Skog på Skogn i stedet for sement. Det gikk kjempebra, og det ble verifisert med fiberoptikken. Dette er aske som ellers legges på deponi, forklarer Hov.

I tillegg kan de fiberoptiske kablene oppdage vibrasjoner, det vil si at den i prinsippet kan omvandles til en serie av mikrofoner. 

– Dette brukte vi i feltforsøk for å undersøke søylenes bølgehastighet, som vi igjen kan koble opp mot andre egenskaper via korrelasjoner etablert i laboratorium. På den måten kunne vi undersøke egenskapene over tid, sier han.

Kunnskapen fra doktorgradsarbeidet kan hjelpe bygg- og anleggsbransjen med å bruke mindre materialer uten å gjøre prosjektene mindre sikre. 

Metoden for å tolke de fiberoptiske signalene kan også brukes til å følge med på naturlig grunn og andre typer fundamentering.

Hov mener arbeidet viser hvordan forskning kan brukes til å løse praktiske problemer i byggebransjen.

Referanse:

Sølve Hov: Fibre optic monitoring of ground improvement by deep mixing. Doktoravhandling, NTNU, 2026.

Artikkelen er produsert og finansiert av NGI

Norges Geotekniske Institutt er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra Norges Geotekniske Institutt:

• 

  Bare 1 av 12 bolter holdt: Nå undersøker forsker om KI kan sikre fjellet

• 

  Jordskred: – Det er avgjørende å vite nøyaktig hvilken skog vi rett og slett ikke har råd til å hugge ned

• 

  Denne gassen under Svalbard kan være en undervurdert klimarisiko

• 

  Sørpeskred: Derfor kan skredet gå der du tror du er trygg

• 

  Slik bidrar forskerne til å trygge norsk vannkraft

• 

  Forsvarets verste ulykke i fredstid ble et vendepunkt

Les flere saker laget av Norges Geotekniske Institutt her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER